Materiale dielectrice

Materiale dielectrice

1. Definiti permitivitatea complexa relativa?

Indiferent de mecanismul de polarizare, in domeniul liniar, interactiunea unui dielectric izotrop cu campul electric este caracterizata de permitivitatea complexa relativa:

(1)

unde D este inductia electrica

E este intensitatea campului electric:

, permitivitatea vidului.

2. Schema echivalenta a unui condensator cu material dielectric intre armaturi

Daca un material dielectric cu permitivitatea complexa relativa e_r, se introduce intre armaturile unui condensator avand in vid capacitatea C_o, in aproximatia ca liniile de camp se inchid in intregime prin material (efectele de margine sunt neglijabile), admitanta la bornele condensatorului astfel format are expresia:

(2)

Deci, condensatorul cu materialul dielectric intre armaturi este echivalent cu un condensator fara pierderi, C_e = e^'_r Co, avand si o rezistenta de pierderi in paralel cu condensatorul, de valoare

Schema echivalenta si diagrama fazoriala sunt date in Figura 1.

Figura 1. Schema echivalenta si diagrama fazoriala pentru

un condensator cu dielectric intre armaturi

Din schema echivalenta se observa ca partea reala a permitivitatii complexe relative caracterizeaza dielectricul din punct de vedere al proprietatilor sale de a se polariza (indiferent de mecanismul de polarizare) si are ca efect cresterea de e^'_r ori a capacitatii condensatorului la aceleasi dimensiuni geometrice, capacitatea condensatorului obtinut fiind :

C_e = e^' _rC_o (3)

Partea imaginara a permitivitatii complexe relative e^''_r, caracterizeaza dielectricul din punct de vedere al pierderilor de energie in material, pierderi modelate prin rezistenta

(4)

In diagrama fazoriala din Figura 1, unghiul j este unghiul dintre tensiunea U aplicata condensatorului si curentul I care il strabate. Complementarul unghiului de fazaj j se numeste unghi de pierderi si se noteaza cu d.

Se defineste tangenta unghiului de pierderi a materialului dielectric, ca fiind raportul:

(5)

unde: P_a: puterea activa la bornele condensatorului

P_r: puterea reactiva la bornele condensatorului

Inversul tangentei unghiului de pierderi se numeste factor de calitate al materialului dielectric si se noteaza cu

(6)

Permitivitatea complexa relativa poate fi pusa si sub forma:

(7)

In acest caz, partea imaginara ne da o informatie completa asupra pierderilor totale (pierderi prin polarizare, pierderi prin conductie electrica, pierderi prin ionizare) in dielectric. Din punct de vedere al utilizatorului de componente, pentru materialul dielectric acesti doi parametri e _r si tgd_e sunt esentiali.

3. Cum se determina partea reala si partea imaginara a permitivitatii complexe realative cu Analizorul RF de impedanta/ material, model E4991A?

Partea reala a permitivitatii complexe relative se masoara si se calculeaza de analizor cu ajutorul relatiei:

(8)

unde: S_s este suprafata electrodului superior, cu diametrul de 10mm;

S_i - suprafata electrodului inferior, cu diametrul de 7mm.

g - grosimea materialului dielectric;

Analizorul determina partea imaginara a permitivitatii complexe relative cu relatia:

5. De ce si cum se executa calibrarea Analizorul RF de impedanta/ material, model E4991A?

Calibrarea se realizeaza in planul suprafetelor de contact ale dispozitivului de fixare pentru test 16453A. Calibrarea este obligatorie si se executa in scopul inlaturarii erorilor introduse de elementele de circuit din schema echivalenta a capului de masura, Figura 9.

Figura 9 Schema echivalenta a dispozitivului de fixare 16453A

Calibrarea se executa astfel:

In meniul "Stimulus" se tasteaza "Cal/Comp"

In casuta "Fixture Type" se confirma tipul dispozitivului de fixare pentru test "16453".

Se apasa butonul "Cal Menu"

In casuta "Cal Type" se selecteaza punctele de masura cerute de datele de

calibrare.

Se realizeaza scurtcircuit prin punerea in contact a electrozilor superior si inferior din dispozitivul de fixare pentru test 16453A.

Se apasa butonul "Meas Short", se asteapta aproximativ 10 secunde. Finalizarea calibrarii este semnalizata de aparitia bifei, √ in stanga casutei de calibrare "Meas Short "

Observatie: Pe durata calibrarii apare mesajul "Wait-Measuring Call Standard" la stanga barei de calibrare.

Pentru calibrarea in gol se trage in sus butonul de partea superioara  a dispozitivului 16453A, pentru departarea electrozilor. In aceasta pozitie, se apasa butonul "Meas Open" si se asteapta aproximativ 10 sec pana la aparitia bifei.

Pentru calibrarea in scurtcircuit electrozii dispozitivului de fixare sunt in contact, (electrodul superior este eliberat). Se apasa butonul "Meas Short" si se realizeaza calibrarea in gol care se finalizeaza la aparitia bifei la stanga "Meas Short";

9. Cu bratara ESD conectata la mana si folosind penseta se introduce proba de material etalon in dispozitivul de fixare. Se activeaza butonul "Meas Load" si se masoara proba de material etalon, care se finalizeaza la aparitia bifei √ in stanga "Meas Load"

Se apasa butonul "Done" si analizorul calculeaza datele de calibrare si le salveaza in memoria interna. Dupa finalizarea pasului 6 analizorul este pregatit pentru introducerea grosimii MUT (Material Under Test)

6. In urma masuratorilor de material efectuate, care este ordinul de marime al: partii reale a permitivitatii complexe relative e _r, partii imaginare a permitivitatii complexe relative e _r si a tangentei unghiului de pierderi tgd_e ?

partea reala a permitivitatii complexe relative e _r - ordinul unitatilor

partea imaginara a permitivitatii complexe relative e _r - ordinul zeci sute de ľunitati

tangenta unghiului de pierderi tgd_e - ordinul zeci sute de ľunitati

7. Cum se modifica valorile permitivitatii complexe relative functie de frecventa, pentru materialele masurate si care material dielectric il recomandati sa fie folosit la frecvente ridicate

( 1GHz)?

Teflonul cu polarizare prin deplasare are:

partea reala a permitivitatii complexe relative e _r constanta functie de frecventa,

partea imaginara a permitivitatii complexe relative e _r redusa functie de frecventa,

tangenta unghiului de pierderi tgd_e redusa functie de freventa (cele mai mici pierderi dintre materialele masurate).

8. Cum apreciati ca se comporta steclotextolitul in functie de frecventa si ce recomandati celor care vor sa-l foloseasca?

Steclotextolitul are polarizare de orientare are:

partea reala a permitivitatii complexe relative e _r este mai mare decat a teflonului functie de frecventa,

partea imaginara a permitivitatii complexe relative e _r creste functie de frecventa,

tangenta unghiului de pierderi tgd_e creste functie de frecventa.

Se recomanda utilizarea steclotextolitului la frecvente reduse.

9. Determinati valoarea partii reale a permitivitatii complexe relative e _r a unei probe de mica cu grosimea de 0,1mm cu ajutorul unei probe de teflon cu grosime de 0,8mm si

e _r = 2,1 si e _re= 2,23 ?

Se calculeaza folosind formula pentru :

(10)

In acest caz permitivitatea complexa relativa e _r pentru mica este de 6,6.

10. Masurati permitivitatea complexa relativa e _r a unei probe de mica cu grosimea de 0,1mm, stiind ca Analizorul masoara probe cu grosimi mai mari decat 0,3mm ?

Cu ajutorul relatiei 10